有沒有想過你的手機軟件是如何在駕駛時使用GPS定位你的位置的?這個問題的答案是，嵌入你手機中的一個小型GPS模塊與衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)通信，以確定你手機的位置。在這個項目中，我們將了解GPS模塊是如何工作的，我們將了解一種流行的GPS接收器模塊NEO 6M，該模塊與手機中使用的模塊大小不同，但工作原理相同。通過使用GPS接收器模塊和Thingspeak物聯(lián)網(wǎng)平臺提供的信息，我們將嘗試在圖表上繪制數(shù)據(jù)。除此之外，我們還將通過使用Thingspeak- Matlab可視化中的inbuild函數(shù)生成URL來可視化衛(wèi)星視圖地圖上的位置(需要編碼，在代碼說明部分進行解釋)。通過使用這個URL，任何瀏覽器的任何人都可以跟蹤它所連接的GPS設(shè)備的位置。如果你正在尋找一個簡單的解決方案，你也可以看看NodeMCU GPS Webserver項目，它也非常類似于我們即將構(gòu)建的。

組件的要求

?NEO 6M GPS模塊

?節(jié)點單片機

?連接電線

GPS模塊是如何工作的?

GPS是全球定位系統(tǒng)的縮寫，是一種全球性的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。為了跟蹤設(shè)備的位置，GPS跟蹤系統(tǒng)使用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)由一系列衛(wèi)星組成，這些衛(wèi)星使用微波信號傳輸數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將被GPS接收器模塊接收。

GPS衛(wèi)星星座由24顆繞地球運行的GPS衛(wèi)星組成。這些衛(wèi)星的定位方式是，在任何時候，至少有6顆衛(wèi)星處于地球表面任何地方的視線范圍內(nèi)。當(dāng)涉及到GPS設(shè)備的精確定位時，該系統(tǒng)遵循一個簡單的數(shù)學(xué)原理，稱為三邊定位。

例如，考慮衛(wèi)星a。當(dāng)您打開移動GPS時，它會接收衛(wèi)星a的當(dāng)前時間和位置。現(xiàn)在接收器通過計算信號的時間和速度(信號的速度等于光速)來計算到衛(wèi)星A的距離。接收器現(xiàn)在知道它必須位于由衛(wèi)星A的距離形成的圓上。現(xiàn)在，GPS接收器從另一顆衛(wèi)星獲得數(shù)據(jù)，假設(shè)是衛(wèi)星B。通過使用衛(wèi)星B提供的數(shù)據(jù)，它知道它必須位于這兩個圓(由衛(wèi)星A和衛(wèi)星B組成)之間的交互點上。現(xiàn)在，它從第三顆衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)來精確定位。這種利用衛(wèi)星的時間和位置等數(shù)據(jù)來確定你的位置的過程被稱為三邊定位。

NEO 6M GPS接收器模塊

因此，現(xiàn)在在我們的項目中，我們將使用NEO 6M GPS接收器模塊，它由50個通道組成。這些頻道就像房間，每個頻道可以容納每個衛(wèi)星的一個頻率。這些信道通常是并行操作的，這使得接收機在移動時保持精度。首次定位時間(TTFF)是接收衛(wèi)星信號和導(dǎo)航信號并使用該數(shù)據(jù)計算位置所需的時間。NEO 6M的TTFF在冷啟動和熱啟動時為27秒，熱啟動時為1秒。

在工作條件方面，最大工作電壓為3.6V，最小工作電壓為2.7V。NEO 6M模塊的平均供電電流為39mA。在一些模塊中，有一個內(nèi)置的3.3V穩(wěn)壓器。因此，我們可以將模塊連接到5V以獲得最大性能。在通信方面，該模塊采用UART，可以方便地與任何MCU (Node MCU)進行通信。連接部分在電路圖部分討論。

測試Neo 6M GPS模塊

要知道GPS模塊是否工作，請按照如下電路圖連接模塊，并上傳空代碼。注意，如果您上傳的是空代碼，那么串行通信將使用nodeMCU的默認(rèn)TX和RX引腳進行。要檢查串行監(jiān)視器上的數(shù)據(jù)，請相應(yīng)地更改電路，即將GPS模塊的RX和TX連接到NodeMCU的RX和TX，如下所示

上傳空代碼后，打開串口監(jiān)視器。到目前為止，您應(yīng)該看到屏幕上打印了一些值。等等，它們不是正確的值。如果您觀察，您可以發(fā)現(xiàn)輸出中缺少一些位。首先，模塊需要一些時間才能給出正確的值。注意：如果GPS模塊開始閃爍，則表示該模塊正在接收值。下圖顯示了接收到的數(shù)據(jù)中缺少一些位的情況。

如果數(shù)據(jù)沒有丟失位，則數(shù)據(jù)將如下圖所示。

您看到的上述數(shù)據(jù)是用NMEA格式表示的數(shù)據(jù)。NMEA代表國家海洋電子協(xié)會。這種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式被所有GPS制造商所支持，就像計算機制造商的ASCII一樣。

GPGSV -顯示當(dāng)前的GPS衛(wèi)星

1 =此周期內(nèi)該類型消息的總數(shù)

2 =留言號

3 =正在查看的sv的總數(shù)

4 = SV PRN號

5 =仰角，最高90度

6 =方位角，從真北000到359度

7 =信噪比，00-99 dB(不跟蹤時為空)

8-11 =第二個SV信息

12-15=第三SV信息

16-19=第四個SV信息

GPGLL -地理定位，緯度和經(jīng)度。例如：$GPGLL,4815.45，N,12311.12，W,215455，A

GPS跟蹤器電路圖

節(jié)點MCU與NEO 6M模塊之間的連接非常簡單。NEO 6M模塊的VCC和GND引腳連接到面包板的正負(fù)電源軌，節(jié)點MCU的3v3和GND引腳連接到面包板的正負(fù)電源軌，如下圖所示。NEO 6M的RX和TX引腳連接到節(jié)點MCU的D1和D2引腳。Node MCU采用USB供電方式。

設(shè)置Thingspeak

首先，如果你是一個新用戶，注冊一個thingspeak帳戶。我們已經(jīng)用Thingspeak構(gòu)建了很多有趣的項目，你也可以去看看。

注冊后，選擇頻道。選擇通道后，選擇“新建通道”。

選擇新通道后，將加載下面的頁面。輸入詳細信息和適當(dāng)?shù)淖侄蚊Q，然后單擊保存。

選擇保存后，將加載下面的頁面?，F(xiàn)在選擇選項API密鑰

選擇API密鑰后，將加載以下頁面?，F(xiàn)在，記下通道ID，寫鍵和讀鍵。在nodeMCU編程中使用Write鍵，而在Matlab可視化程序中使用Read鍵。

之后，選擇私有視圖選項并單擊Matlab可視化選項。

現(xiàn)在，下面的頁面將被加載。不做任何更改，然后選擇Create。

現(xiàn)在，您將加載一個頁面，您可以在其中編寫代碼，使用緯度和經(jīng)度在地圖上指出位置。復(fù)制粘貼本文提供的代碼，并更改所需的值(讀取密鑰和通道ID)。

檢查“創(chuàng)建公共URL”框，以便任何人都可以使用此URL找到設(shè)備的位置。

接下來，我們需要兩種不同類型的程序。一個代碼處理從GPS模塊獲取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絫hingspeak。第二個代碼處理使用發(fā)送給thingspeak的數(shù)據(jù)指向地圖上的位置。第一個代碼是用Arduino IDE編寫的，而第二個代碼是用thingspeak Matlab可視化編寫的。

在進入代碼解釋之前，需要下載某些庫，這些庫有助于將原始數(shù)據(jù)(NMEA格式)轉(zhuǎn)換為可理解的數(shù)據(jù)。首先，使用提供的鏈接下載tinyGPS庫。接下來，通過在庫管理器中搜索下載thingspeak庫。下載MathWorks提供的那個。

NodeMCU程序讀取GPS數(shù)據(jù)并發(fā)送給Thingspeak

完整的程序可以在本頁底部找到，相同的解釋如下。下面的代碼片段用于包含庫，這些庫是我們的代碼正常工作所需的，并且將GPIO引腳4和5設(shè)置為NodeMCU的RX和TX引腳。設(shè)置GPS波特率為9600。

以下代碼僅在有來自GPS模塊的傳入數(shù)據(jù)時運行。代碼對數(shù)據(jù)進行編碼，如果編碼后的數(shù)據(jù)有效，則考慮該數(shù)據(jù)，并進行進一步的計算以將NMEA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可理解的數(shù)據(jù)。下面的代碼只向thingspeak發(fā)送緯度和經(jīng)度值。

Matlab ThingSpeak可視化代碼在地圖上顯示位置

現(xiàn)在，我們必須編寫一個代碼，它可以通過使用緯度和經(jīng)度值在地圖上指出位置，這些值被轉(zhuǎn)移到thingspeak中。下面的屏幕截圖顯示了示例URL。

下面的代碼獲取最后10個值的值，并將它們定位在地圖上。通過使用URL，該URL將在運行代碼后可用。要更改值的數(shù)量，它需要考慮更改寫在‘ NumPoints ’之后的值。

在下面輸入您的MATLAB代碼

下面的代碼使用由nodeMCU提供的緯度和經(jīng)度在地圖上精確定位位置。

一旦您的編程完成，您的頁面應(yīng)該看起來像下面所示

通過使用提供的URL，我在web瀏覽器中得到了下面的圖片。

Matlab可視化從字段中獲取數(shù)據(jù)，然后在地圖上定位它們。下圖顯示了繪制在字段上的數(shù)據(jù)，這將進一步用于Matlab可視化。

測試NodeMCU GPS跟蹤器

一旦啟動nodeMCU，串行監(jiān)視器中看到的讀數(shù)可能不正確。它需要一些有限的時間來得到正確的讀數(shù)。如果GPS模塊開始閃爍，您將知道讀數(shù)是正確的。一旦nodeMCU與LAN連接，并且GPS數(shù)據(jù)有效，則該數(shù)據(jù)將被發(fā)送到thingspeak。您可以在Thingspeak的字段中查看正在更新的數(shù)據(jù)。通過使用我們在Matlab可視化中獲得的生成的URL，我們可以從任何瀏覽器跟蹤位置。

本文編譯自iotdesignpro